DE112006003265T5

DE112006003265T5 - Auspufftopfeinheit mit schalldämpfendem Element

Info

Publication number: DE112006003265T5
Application number: DE112006003265T
Authority: DE
Inventors: William E. Ann Arbor Hill
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-10-02
Also published as: WO2007064539A2; GB2445345A; JP2009519394A; GB0809047D0; BRPI0619119A2; KR20080073775A; US20070125594A1; WO2007064539A3

Abstract

Ein Auspufftopf der Abgasanlage eines Fahrzeugs, aufweisend:
– ein Gehäuse mit einer Eingangswand und einer Ausgangswand;
– erste und zweite mit Öffnungen versehene Trennwände im Inneren des Gehäuses, die mit einer der Eingangs- und Ausgangswände eine Eingangskammer definieren und mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswände eine Ausgangskammer definieren, und eine Zwischenkammer, die zwischen der ersten und der zweiten Trennwand definiert wird;
– ein schalldämpfendes Element, das sich in der Zwischenkammer befindet;
– ein Eintrittsrohr, das durch die Eingangswand in das Gehäuse führt und in der Eingangskammer endet; und
– ein Austrittsrohr, dessen eines Ende sich in der Ausgangskammer befindet und dessen anderes Ende durch die Ausgangswand aus dem Gehäuse führt.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Auspufftopf, genauer gesagt auf eine Auspufftopfeinheit mit einem schalldämpfenden Element.
HINTERGRUND
Die Ausführungen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung und müssen nicht den allgemeinen Stand der Technik wiedergeben.
Bekanntlich werden Auspufftöpfe in Abgasanlagen eingesetzt, um das Auspuffgeräusch des Motors zu reduzieren. Jedoch kann es unter einigen Betriebsbedingungen vorkommen, dass konventionelle Auspufftöpfe das Auspuffgeräusch nicht ausreichend reduzieren. Zum Beispiel kann bei niedrigen Motordrehzahlen ein niederfrequentes Auspuffgeräusch in der Abgasanlage entstehen, und Auspufftöpfe konventioneller Bauart reduzieren den niederfrequenten Schall möglicherweise nicht ausreichend. Auch stehende Wellen, d. h. Resonanzen innerhalb der Abgasanlage, können entstehen und ein zu lautes Geräusch verursachen. Es kann schwierig sein, diese stehenden Wellen unter Verwendung eines Auspufftopfs zu reduzieren, weil übliche, auf Reflektion beruhende Abstimmungsverfahren am Auspufftopf für diese Zwecke meist nicht hilfreich sind.
Dementsprechend besteht noch immer ein Bedarf nach einem Auspufftopf, der das Auspuffgeräusch – einschließlich des niederfrequenten Auspuffgeräuschs und/oder stehender Wellen – innerhalb der Abgasanlage wirkungsvoller reduziert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Auspufftopf der Abgasanlage eines Fahrzeugs besitzt ein Gehäuse mit einer Eingangswand und einer Ausgangswand. Die erste und die zweite mit Öffnungen versehene Trennwand im Inneren des Gehäuses definieren mit einer der Eingangs- und Ausgangswände eine Eingangskammer und mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswände eine Ausgangskammer. Eine Zwischenkammer wird vom Gehäuse zwischen der ersten und der zweiten Trennwand definiert. Ein schalldämpfendes Element befindet sich in der Zwischenkammer. Ein Eintrittsrohr führt durch die Eingangswand in das Gehäuse und endet in der Eingangskammer. Ein Ende eines Austrittsrohrs befindet sich in der Ausgangskammer, und ein anderes Ende führt durch die Ausgangswand aus dem Gehäuse.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier gegebenen Beschreibung ersichtlich. Es sollte klar sein, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele nur zur Illustration gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Illustration und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise beschränken.
1 ist eine Schnittansicht einer Abgasanlage mit einem Auspufftopf von oben.
2 ist eine Schnittansicht der Abgasanlage entlang der Linie 2-2 in 1;
3 ist eine grafische Darstellung der Reduzierung des Auspuffgeräuschs beim Einsatz des Auspufftopfs in den 1 und 2;
4 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Abgasanlage mit einem Auspufftopf von oben.
5 ist eine grafische Darstellung der Reduzierung des Auspuffgeräuschs beim Einsatz des Auspufftopfs in 4;
6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Abgasanlage mit einem Auspufftopf;
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Abgasanlage mit einem Auspufftopf; und
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ansicht der Abgasanlage mit einem Auspufftopf.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung hat nur Beispielcharakter und soll die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Einsatzmöglichkeiten nicht beschränken.
In den 1 und 2 wird ein Teil eines Fahrzeugs 10 gezeigt. Genauer gesagt wird ein Teil der Abgasanlage 12 des Fahrzeugs 10 gezeigt. Die Abgasanlage 12 besitzt einen Auspufftopf 14. Es sollte gewürdigt werden, dass die Abgasanlage 12 und der Auspufftopf 14 in andere Maschinen als ein Fahrzeug 10 eingebaut werden könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wie weiter unten detaillierter diskutiert, wird das Auspuffgeräusch innerhalb der Abgasanlage 12 vom Auspufftopf 14 reduziert.
Der Auspufftopf 14 besitzt ein Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 besitzt eine erste Wand 18, eine zweite Wand 20 und eine Außenwand 22. Die erste Wand 18, die zweite Wand 20 und die Außenwand 22 können jeweils aus Metallblech hergestellt sein. Die erste und die zweite Wand 18 und 20 sind im Wesentlichen flach und annähernd eiförmig, wie in 2 gezeigt, und die Außenwand 22 ist rohrförmig. Ein Ende der Außenwand 22 ist mit dem Umfang der ersten Wand 18 verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Außenwand 22 ist mit dem Umfang der zweiten Wand 20 verbunden. Damit sind die erste und die zweite Wand 18 und 20 im Wesentlichen parallel und sind in einem Abstand voneinander angeordnet. Außerdem definiert das Gehäuse 16 einen Innenraum 24 des Auspufftopfs 14 zwischen der ersten und der zweiten Wand 18 und 20 und der Außenwand 22. Die erste Wand 18 besitzt eine Eintrittsöffnung 23, und die zweite Wand 20 besitzt eine Austrittsöffnung 25.
Der Auspufftopf 14 besitzt außerdem ein Eintrittsrohr 26. Das Eintrittsrohr 26 ist achsgerade und kann aus Metallrohr hergestellt sein. Das Eintrittsrohr 26 besitzt eine erstes Ende 28 und ein zweites Ende 30. Das erste Ende 28 verläuft durch die Eintrittsöffnung 23. Das erste Ende 28 steht auch in strömungstechnischer Verbindung mit dem Motor (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 und nimmt Abgase aus ihm auf. Das zweite Ende 30 des Eintrittsrohrs 26 befindet sich innerhalb des Gehäuses 16. Damit können Abgase aus dem Motor des Fahrzeugs 10, durch das Eintrittsrohr 26 und in den Innenraum 24 des Auspufftopfs 14 strömen, wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 dargestellt.
Weiterhin besitzt der Auspufftopf 14 ein Austrittsrohr 32. Das Austrittsrohr 32 ist achsgerade und kann aus Metallrohr hergestellt sein. Das Austrittsrohr 32 besitzt eine erstes Ende 34 und ein zweites Ende 36. Das erste Ende 34 befindet sich innerhalb des Gehäuses 16. Das zweite Ende 36 verläuft durch die Austrittsöffnung 25. Das zweite Ende 36 könnte auch in strömungstechnischer Verbindung mit einem Endrohr (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 stehen. Dementsprechend gelangen Abgase aus dem Motor des Fahrzeugs 10 durch das Eintrittsrohr 26 in den Auspufftopf 14 und verlassen den Auspufftopf durch das Austrittsrohr 32, wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 dargestellt.
Der Auspufftopf 14 besitzt weiterhin eine erste Trennwand 38. Die erste Trennwand 38 ist im Wesentlichen flach und annähernd eiförmig, wie in 2 gezeigt. Die erste Trennwand 38 kann aus Metallblech hergestellt sein. Der Umfang der ersten Trennwand 38 ist mit der Außenwand 22 so verbunden, dass zwischen der ersten Trennwand 38 und der Außenwand 22 eine Dichtung entsteht. In der gezeigten Ausführungsform ist die erste Trennwand 38 im Wesentlichen parallel sowohl zur ersten Wand 18 als auch zur zweiten Wand 20. Außerdem befindet sich die erste Trennwand 38 in einem Abstand sowohl von der ersten Wand 18 als auch von der zweiten Wand 20. In der gezeigten Ausführungsform ist die erste Trennwand 38 näher bei der zweiten Wand 20 als bei der ersten Wand 18. Dementsprechend definieren die erste Trennwand 38 und das Gehäuse 16 gemeinsam eine erste Kammer 40 zwischen der ersten Trennwand 38, der zweiten Wand 20 und der Außenwand 22. Die erste Trennwand 38 besitzt außerdem eine Eintrittsöffnung 42 und eine Austrittsöffnung 44. Das Austrittsrohr 32 verläuft durch die Austrittsöffnung 44. Das zweite Ende 30 des Eintrittsrohrs 26 verläuft durch die Eintrittsöffnung 42, und das zweite Ende 30 des Eintrittsrohrs 26 endet innerhalb der ersten Kammer 40. Dementsprechend steht das Eintrittsrohr 26 in strömungstechnischer Verbindung mit der ersten Kammer 40.
Zusätzlich besitzt der Auspufftopf 14 eine zweite Trennwand 46. Die zweite Trennwand 46 ist im Wesentlichen flach und annähernd eiförmig. Die zweite Trennwand 46 kann aus Metallblech hergestellt sein. Der Umfang der zweiten Trennwand 46 ist mit der Außenwand 22 so verbunden, dass zwischen der zweiten Trennwand 46 und der Außenwand 22 eine Dichtung entsteht. In der gezeigten Ausführungsform ist die zweite Trennwand 46 im Wesentlichen parallel zur ersten Wand 18, zur zweiten Wand 20 und zur ersten Trennwand 38. Außerdem befindet sich die zweite Trennwand 46 in einem Abstand von der ersten Wand 18, der zweiten Wand 20 und der ersten Trennwand 38. Genauer gesagt befindet sich die zweite Trennwand 46 zwischen der ersten Wand 18 und der ersten Trennwand 38. Dementsprechend definieren die zweite Trennwand 46 und das Gehäuse 16 gemeinsam eine zweite Kammer 48 zwischen der zweiten Trennwand 46, der ersten Wand 18 und der Außenwand 22. Die zweite Trennwand 46 besitzt außerdem eine Eintrittsöffnung 50 und eine Austrittsöffnung 52. Das Eintrittsrohr 26 verläuft durch die Eintrittsöffnung 50. Das erste Ende 34 des Austrittsrohrs 32 verläuft durch die Austrittsöffnung 52, und das erste Ende 34 des Austrittsrohrs 32 endet innerhalb der zweiten Kammer 48. Dementsprechend steht das Austrittsrohr 32 in strömungstechnischer Verbindung mit der zweiten Kammer 48.
Wie gesagt befinden sich die erste und die zweite Trennwand 38 und 46 in einem Abstand voneinander. Damit definieren die erste Trennwand 38, die zweite Trennwand 46 und das Gehäuse 16 gemeinsam eine Zwischenkammer 54 zwischen der ersten Trennwand 38, der zweiten Trennwand 46 und der Außenwand 22.
Die erste Trennwand 38 besitzt eine Vielheit von ersten Öffnungen 56, wie in 2 gezeigt. Damit steht die erste Kammer 40 in strömungstechnischer Verbindung mit der Zwischenkammer 54. Die zweite Trennwand 46 besitzt eine Vielheit von zweiten Öffnungen 58. Damit steht die Zwischenkammer 54 in strömungstechnischer Verbindung mit der zweiten Kammer 48. Die ersten und die zweiten Öffnungen 56 und 58 können von beliebiger geeigneter Größe und Form sein. Die ersten Öffnungen 56 können auf der ersten Trennwand auch in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein. Weiterhin können die zweiten Öffnungen 58 auf der zweiten Trennwand 46 in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein. Zusätzlich kann eine beliebige geeignete Anzahl erster und zweiter Öffnungen 56 und 58 vorhanden sein.
Der Auspufftopf 14 besitzt außerdem ein schalldämpfendes Element 60, das in 1 kreuzschraffiert dargestellt ist. Das schalldämpfende Element 60 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein. In einer Ausführungsform ist das schalldämpfende Element 60 eine Ansammlung mehrerer Stränge aus Glasfasern. Geeignete Glasfasermaterialien sind, unter anderem, Glasfasern unter der Markenbezeichnung ADVANTEX, vermarktet von Owens Corning, und/oder solche unter der Markenbezeichnung POWERTEX, vermarktet von DBW. Das Glasfasermaterial des schalldämpfenden Elements 60 wird in der Technik gemeinhin auch als „Rovingmaterial" bezeichnet. Die einzelnen Glasfasern des schalldämpfenden Elements 60 sind so in einem Abstand voneinander angeordnet, dass sie die schalldämpfende Eigenschaft des schalldämpfenden Elements 60 verbessern.
Das schalldämpfende Element 60 ist in der Zwischenkammer 54 angeordnet und im Wesentlichen darin eingekapselt, wie in 1 gezeigt. Damit gelangen die Abgase, die durch das Eintrittsrohr 26 in den Auspufftopf 14 strömen, in die erste Kammer 40 und strömen dann durch die ersten Öffnungen 56 der ersten Trennwand 38 in die Zwischenkammer 54. Die Abgase strömen dann durch die Zwischenkammer 54 und durch das schalldämpfende Element 60. Die Abgase strömen anschließend durch die zweiten Öffnungen 58 in die zweite Kammer 48 und in das Austrittsrohr 32, um aus dem Fahrzeug 10 ausgestoßen zu werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass vom Motor erzeugter Schall (Auspuffgeräusch) auf einem im Wesentlichen ähnlichen Weg durch die Abgasanlage wandert. Genauer gesagt tritt das Auspuffgeräusch durch das Eintrittsrohr 26 in den Auspufftopf 14 ein. Der Schall tritt dann in die erste Kammer 40 ein und gelangt durch die ersten Öffnungen 56 der ersten Trennwand 38 in die Zwischenkammer 54. Der Schall wandert dann durch die Zwischenkammer 54 und durch das schalldämpfende Element 60. Der Schall wandert anschließend durch die zweiten Öffnungen 58 in die zweite Kammer 48 und in das Austrittsrohr 32, um aus dem Fahrzeug 10 ausgestoßen zu werden.
Dementsprechend ist das schalldämpfende Element 60 direkt auf dem Weg des größten Teils des Auspuffgeräuschs angeordnet. Zweckmäßigerweise wird das Auspuffgeräusch im Wesentlichen bei seinem Durchgang durch das schalldämpfende Element 60 reduziert. Das schalldämpfende Element 60 ist besonders wirksam beim Reduzieren niederfrequenten Schalls aus dem Motor. Weiterhin reduziert das schalldämpfende Element 60 stehende Wellen, die vom Motor erzeugt werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass durch Erhöhen der Dichte des schalldämpfenden Elements 60 innerhalb der Zwischenkammer 54 die Reduzierung des Auspuffgeräuschs weiter verbessert werden kann. Jedoch kann durch Erhöhen der Dichte des schalldämpfenden Elements 60 auch der Gegendruck innerhalb der Abgasanlage 12 steigen. Dementsprechend kann die Dichte des schalldämpfenden Elements 60 so angepasst werden, dass das Auspuffgeräusch reduziert wird und gleichzeitig ein akzeptabler Gegendruckbereich innerhalb der Abgasanlage 12 erhalten bleibt.
In einer Ausführungsform beträgt das Volumen der Zwischenkammer 54 etwa 5,7 Liter, und die Masse des schalldämpfenden Elements 60 beträgt etwa 500 g, wodurch die Dichte des schalldämpfenden Elements 60 etwa 88 g/Liter beträgt.
In einer Ausführungsform wird das schalldämpfende Element 60 innerhalb der Zwischenkammer 54 angeordnet, indem man die Fasern des schalldämpfenden Elements 60 direkt in die Zwischenkammer 54 spritzt. In einer weiteren Ausführungsform wird das schalldämpfende Element 60 zuerst in einen Wegwerfbehälter wie etwa einen Sack aus Polyethylen eingekapselt. Die Behälter werden zwischen der ersten und der zweiten Trennwand 38 und 46 angeordnet, und dann werden die erste und die zweite Trennwand 38 und 46 und die Behälter in das Gehäuse 16 gesteckt. Während des Betriebs verschwinden die Behälter zum Beispiel durch Verbrennen, und das schalldämpfende Element 60 bleibt innerhalb der Zwischenkammer 54 zurück.
In der gezeigten Ausführungsform besitzt das Eintrittsrohr 26 eine Vielheit von quer verlaufenden Öffnungen 62. Die quer verlaufenden Öffnungen 62 erstrecken sich durch das zweite Ende 30 des Eintrittsrohrs 26, sodass sie in strömungstechnischer Verbindung mit der Zwischenkammer 54 stehen. Eine beliebige Zahl von quer verlaufenden Öffnungen 62 von beliebiger geeigneter Größe und angeordnet in einem beliebigen geeigneten Muster kann vorhanden sein. Die Austrittsöffnung 32 besitzt ebenfalls eine Vielheit von quer verlaufenden Öffnungen 64. Die quer verlaufenden Öffnungen 64 erstrecken sich durch das erste Ende 34 des Austrittsrohrs 32, sodass sie in strömungstechnischer Verbindung mit der Zwischenkammer 54 stehen. Damit treten die Abgase und das Auspuffgeräusch durch das Eintrittsrohr 26 in den Auspufftopf 14 ein und können sich durch die quer verlaufenden Öffnungen 62 des Eintrittsrohrs 26, durch die Zwischenkammer 54, durch die quer verlaufenden Öffnungen 64 des Austrittsrohrs 32 bewegen und verlassen den Auspufftopf 14 durch das Austrittsrohr 32. Damit umgeht ein Teil der Abgase und des Auspuffgeräuschs die erste und die zweite Kammer 40 und 48, um die Reduzierung des Auspuffgeräuschs zu verbessern. In einer Ausführungsform wandert der größte Teil der Abgase und des Auspuffgeräuschs durch die erste und die zweite Kammer 40, wie oben beschrieben, und nur ein kleiner Prozentsatz umgeht die erste und die zweite Kammer 40 und 48. Es wird gewürdigt werden, dass die quer verlaufenden Öffnungen 62 des Eintrittsrohrs 26 und die quer verlaufenden Öffnungen 64 des Austrittsrohrs 32 optional sind und der Auspufftopf 14 ohne die quer verlaufenden Öffnungen 62 und 64 funktionieren kann.
In 3 ist ein Graph 63 zu sehen, der die Leistung einer Ausführungsform des Auspufftopfs 14 illustriert. Die Daten des Graphen 63 wurden durch mehrmaliges Testen desselben Auspufftopfs 14 gewonnen. Das schalldämpfende Element 60 besaß bei jedem Test eine andere Dichte. Auf der vertikalen Achse des Graphen 63 ist die Einfügungsdämmung aufgetragen, d. h. die Reduzierung oder Dämpfung des Auspuffgeräuschs. Die Frequenz des Auspuffgeräuschs ist auf der horizontalen Achse aufgetragen. Eine Kurve 67 stellt die Leistung des Auspufftopfs 14 dar, wobei das schalldämpfende Element 60 eine Masse von ungefähr 200 Gramm und eine Dichte von 32 g/Liter besitzt. Eine Kurve 69 stellt den Auspufftopf 14 dar, wobei das schalldämpfende Element 60 eine Masse von ungefähr 600 Gramm und eine Dichte von 96 g/Liter besitzt. Eine Kurve 71 stellt den Auspufftopf 14 dar, wobei das schalldämpfende Element 60 eine Masse von ungefähr 800 Gramm und eine Dichte von 128 g/Liter besitzt. Es wird gewürdigt, dass das Volumen der Zwischenkammer 54 konstant bleibt, weil für jeden Test derselbe Auspufftopf 14 verwendet wurde. Allgemein tritt, wie durch die Kurve 67 gezeigt, das stärkste Auspuffgeräusch in dem Frequenzbereich auf, bei dem das schalldämpfende Element 60 des Auspufftopfs 14 eine Masse von 200 g besitzt. Ein schwächeres Auspuffgeräusch tritt auf, wenn die Masse des schalldämpfenden Elements 60 des Auspufftopfs 14 600 g beträgt, wie durch die Kurve 69 gezeigt. Ein noch schwächeres Auspuffgeräusch tritt auf, wenn die Masse des schalldämpfenden Elements 60 des Auspufftopfs 14 800 g beträgt, wie durch die Kurve 71 gezeigt. 3 zeigt somit, dass durch Erhöhen der Dichte des schalldämpfenden Elements 60 der Auspufftopf 14 das Auspuffgeräusch stärker dämpft. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass während des Testens bei ungefähr 4000 U/min. eine stehende Welle in der Abgasanlage entstand; die stehende Welle wurde jedoch durch den Auspufftopf 14 besonders dann deutlich reduziert, wenn die Masse des schalldämpfenden Elements 60 600 g oder 800 g betrug. Es versteht sich, dass der Graph 63 die Leistung lediglich einer Ausführungsform des Auspufftopfs 14 darstellt, doch könnte der Auspufftopf 14 so angepasst werden, dass er jede gewünschte Leistung bringt.
In 4 wird nun eine weitere Ausführungsform des Auspufftopfs 114 illustriert, wobei gleiche Nummern, um 100 erhöht, gleiche Merkmale in Bezug auf die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform bezeichnen. Der Auspufftopf 114 ist im Wesentlich ähnlich der Ausführungsform in den 1 und 2 mit der Ausnahme, dass der Auspufftopf 114 ein Durchströmungs- oder Umgehungsrohr 166 besitzt. Das Durchströmungsrohr 166 kann aus Metallrohrmaterial bestehen. Das Durchströmungsrohr 166 ist vollständig im Gehäuse 116 des Auspufftopfs 114 angeordnet. Die erste und die zweite Trennwand 138 und 146 besitzen jeweils Durchströmungsöffnungen 168a und 168b. Das Durchströmungsrohr 166 verläuft durch jede der Durchströmungsöffnungen 168a und 168b. Das Durchströmungsrohr 166 besitzt auch ein erstes Ende 170, das in strömungstechnischer Verbindung mit der ersten Kammer 140 steht, und ein zweites Ende 172, das in strömungstechnischer Verbindung mit der zweiten Kammer 148 steht. Dementsprechend können das Abgas und das Auspuffgeräusch das Durchströmungs- oder Umgehungsrohr 166 durchlaufen, ohne durch das schalldämpfende Element 160 zu wandern.
Wie in 4 gezeigt, weist der Auspufftopf 114 auch ein Ventil 174 auf. Das Ventil 174 ist funktional mit dem zweiten Ende 172 des Durchströmungsrohrs 166 verbunden, um den Strom der Abgase und des Auspuffgeräuschs durch das Durchströmungsrohr 166 gezielt zu begrenzen. In einer Ausführungsform besitzt zum Beispiel das Ventil 174 eine Klappe 176, die am Durchströmungsrohr 166 schwenkbar befestigt ist. Das Ventil 174 weist außerdem ein Vorspannelement 178, zum Beispiel eine Drehfeder, auf. Das Vorspannelement 178 wird von einem Stift 180 gehalten, der durch das Vorspannelement 178 verläuft und mit jedem Ende an Flanschen 182a und 182b des Durchströmungsrohrs 166 angebracht ist. Die Klappe 176 ist so bemessen, dass sie die Öffnung im zweiten Ende 172 des Durchströmungsrohrs 166 im Wesentlichen bedeckt. Auch drängt das Vorspannelement 178 die Klappe 176 in Richtung der Öffnung im zweiten Ende 172, um die Öffnung des Durchströmungsrohrs 166 zu bedecken.
Dementsprechend gelangen die Abgase aus dem Eintrittsrohr 126 in die erste Kammer 140, wie oben beschrieben. Wenn der Druck in der ersten Kammer 140 relativ niedrig ist, spannt das Vorspannelement 178 die Klappe 176 in der Weise, dass die Klappe 176 in einer Stellung bleibt, in der sie die Öffnung im zweiten Ende 172 des Durchströmungsrohrs 166 bedeckt. Somit wandern das Abgas und das Auspuffgeräusch im Wesentlichen vollständig durch das schalldämpfende Element 160 und durch das Austrittsrohr 132 aus dem Auspufftopf 114, wie oben beschrieben. Wenn jedoch der Druck in der ersten Kammer 140 relativ hoch ist, schwenkt die Klappe 176 entgegen der Kraft des Vorspannelements 178, damit Abgas und Auspuffgeräusch aus der ersten Kammer 140 durch das Durchströmungsrohr 166 zur zweiten Kammer 148 gelangen und das schalldämpfende Element 160 umgehen können.
In einer Ausführungsform bleibt der Druck in der ersten Kammer 140 niedrig genug, damit er die Klappe 176 geschlossen hält, wenn der Fahrzeugmotor bei relativ niedrigen Drehzahlen arbeitet. Damit werden niedrige Frequenzen und/oder stehende Wellen, die durch niedrige Motordrehzahlen entstehen, durch das schalldämpfende Element 160 reduziert. Der Druck in der ersten Kammer 140 steigt so weit, dass er die Klappe 176 öffnet, wenn das Fahrzeug bei höheren Drehzahlen arbeitet. Es wird gewürdigt werden, dass das Vorspannelement 178 so angepasst werden kann, dass es das Ventil 174 veranlasst, sich bei jeder gewünschten Strömungsmenge der Motorabgase zu öffnen. Damit kann ein Gegendruck innerhalb der Abgasanlage 112 reduziert werden, um die Motorleistung bei höheren Drehzahlen zu verbessern. Es wird auch gewürdigt werden, dass das Auspuffgeräusch bei diesen hohen Drehzahlen wegen anderer externer Geräusche wie Windgeräusche und dergleichen weniger wahrnehmbar ist.
In 5 stellt ein Graph 184 die Leistung des Auspufftopfs 114 in 4 dar. Auf der vertikalen Achse des Graphen 184 ist der „Endrohrschalldruckpegel" (TPSPL), d. h. der Auspuffgeräuschpegel, aufgetragen. Die Motordrehzahl ist auf der horizontalen Achse aufgetragen. Eine erste Kurve 186 stellt einen gewünschten maximalen Auspuffgeräuschpegel dar. Ein zweite Kurve 188 stellt die Leistung des Auspufftopfs 114 dar, wenn das Ventil 174 geschlossen und nicht fähig ist, sich zu öffnen. Eine dritte Kurve 190 stellt die Leistung des Auspufftopfs 114 dar, wenn das Ventil 174 sich normal öffnet und schließt. Wie durch die zweite Kurve 188 gezeigt, bleibt das Auspuffgeräusch über den gesamten Motordrehzahlbereich allgemein unter dem maximalen Auspuffgeräuschpegel. Es versteht sich jedoch, dass deswegen, weil das Ventil 174 geschlossen bleibt, ein Gegendruck in der Abgasanlage 112 die Motorleistung beeinträchtigen könnte. Wie durch die Kurve 190 dargestellt, öffnet sich in der gezeigten Ausführungsform das Ventil 174 bei etwa 3500 U/min. Bevor sich das Ventil 174 öffnet, d. h. wenn die Motordrehzahl weniger als etwa 3500 U/min. beträgt, liegt das Auspuffgeräusch unter dem gewünschten Maximum. Wenn sich dann das Ventil 174 öffnet, d. h. wenn die Motordrehzahl mehr als etwa 3500 U/min. beträgt, übersteigt das Auspuffgeräusch den maximalen Auspuffgeräuschpegel. Wie jedoch oben erläutert, öffnet sich das Ventil 174, um einen Gegendruck in der Abgasanlage 112 zu reduzieren und die Motorleistung zu erhöhen. Auch ist das verstärkte Auspuffgeräusch, das auftritt, wenn das Ventil 174 offen ist, leichter hinnehmbar, weil externe Geräusche, z. B. Windgeräusche, das Auspuffgeräusch übertönen. Es versteht sich, dass der Graph 184 lediglich eine Ausführungsform des Auspufftopfs 114 darstellt, doch könnte der Auspufftopf 114 so angepasst werden, dass er jede gewünschte Leistung bringt.
In 6 wird nun eine weitere Ausführungsform der Abgasanlage 212 gezeigt, wobei gleiche Nummern, um 200 erhöht, gleiche Merkmale in Bezug auf die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform bezeichnen. Wie gezeigt, ist der Auspufftopf 214 mit dem Eintrittsrohr 226 und dem Austrittsrohr 232 verbunden. Genauer gesagt ist das Gehäuse 216 des Auspufftopfs 214 zwischen dem Eintrittsrohr 226 und dem Austrittsrohr 232 angeordnet. Die erste und die zweite Trennwand 238 und 246 unterteilen den Auspufftopf 214 in eine erste Kammer 240, eine zweite Kammer 248 und eine Zwischenkammer 254, die zwischen der ersten und der zweiten Kammer 240 und 248 angeordnet ist. Die erste Trennwand 238 besitzt eine Vielheit von ersten Öffnungen 256, und die zweite Trennwand 246 besitzt eine Vielheit von zweiten Öffnungen 258. Das Eintrittsrohr 226 endet in der ersten Kammer 240, sodass es in strömungstechnischer Verbindung mit ihr steht. Das Austrittsrohr 232 endet in der zweiten Kammer 248, sodass es in strömungstechnischer Verbindung mit ihr steht. Das schalldämpfende Element 260 ist in der Zwischenkammer 254 eingekapselt.
Dementsprechend gelangen Abgase und Auspuffgeräusch aus dem Eintrittsrohr 226 in die erste Kammer 240, durch die ersten Öffnungen 256 in die Zwischenkammer 254, durch das schalldämpfende Element 260, durch die zweiten Öffnungen 258 in die zweite Kammer 248 und treten durch das Austrittsrohr 232 aus. Es wird gewürdigt, dass das Auspuffgeräusch beim Durchgang durch das schalldämpfende Element 260 reduziert wird. Es wird auch gewürdigt, dass die Querschnittsfläche des Gehäuses 216 des Auspufftopfs 214 wesentlich größer als die Querschnittsfläche des Eintrittsrohrs 226 und des Austrittsrohrs 232 ist. Dies reduziert die Höhe des Gegendrucks, der während des Betriebs innerhalb der Abgasanlage 212 erzeugt wird.
In 7 wird nun eine weitere Ausführungsform der Abgasanlage 312 gezeigt, wobei gleiche Nummern, um 300 erhöht, gleiche Merkmale in Bezug auf die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform bezeichnen. Die Abgasanlage 312 ist der in 7 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen ähnlich mit der Ausnahme, dass der Auspufftopf 314 ein Durchströmungs- oder Umgehungsrohr 366 ähnlich der in 5 gezeigten Ausführungsform besitzt. Das Durchströmungsrohr 366 verläuft durch die erste Trennwand 338 und die zweite Trennwand 346, sodass es in strömungstechnischer Verbindung sowohl mit der ersten Kammer 340 als auch mit der zweiten Kammer 348 steht. Außerdem ist das Ventil 374 innerhalb der zweiten Kammer 348 angeordnet. Dementsprechend kann während des Betriebs das Ventil 374 bei niedrigeren Motordrehzahlen geschlossen bleiben, und Abgase und Auspuffgeräusch wandern im Wesentlichen durch das schalldämpfende Element 360. Wenn jedoch der Druck in der ersten Kammer 340 hoch genug ist, zwingt der Druck das Ventil 374, sich zu öffnen, damit ein Teil des Abgases und des Auspuffgeräuschs sich durch das Durchströmungsrohr 366 bewegen kann, um dadurch den Gegendruck innerhalb der Abgasanlage 312 zu reduzieren.
In 8 wird nun eine weitere Ausführungsform der Abgasanlage 412 gezeigt, wobei gleiche Nummern, um 400 erhöht, gleiche Merkmale in Bezug auf die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform bezeichnen. Wie gezeigt, besitzt der Auspufftopf 414 die erste Trennwand 438 und die zweite Trennwand 446. Die erste Trennwand 438 besitzt eine Vielheit von ersten Öffnungen 456, und die zweite Trennwand 446 besitzt eine Vielheit von zweiten Öffnungen 458. Die Zwischenkammer 454 wird zwischen der ersten und der zweiten Trennwand 438 und 446 gebildet. Das schalldämpfende Element 460 ist innerhalb der Zwischenkammer 454 angeordnet.
Der Auspufftopf 414 besitzt außerdem eine dritte Trennwand 491, die so innerhalb des Gehäuses 416 angeordnet ist, dass eine Dämpfungskammer 492 zwischen der dritten Trennwand 491, der ersten Wand 418 und der Außenwand 422 definiert wird. Ein zweites schalldämpfendes Element 461 ist innerhalb der Dämpfungskammer 492 angeordnet.
Der Auspufftopf 414 besitzt außerdem eine vierte Trennwand 493, welche die erste Kammer 440 in eine Eingangskammer 494 und eine Umkehrkammer 495 unterteilt. Weiterhin besitzt der Auspufftopf 414 ein Umkehrrohr 496, das so durch die vierte Trennwand 493 verläuft, dass die Eingangskammer 494 und die Umkehrkammer 495 in strömungstechnischer Verbindung stehen.
Das Eintrittsrohr 426 verläuft durch die Außenwand 422 in die Eingangskammer 494. Das Eintrittsrohr 426 endet in der Eingangskammer 494. Das Austrittsrohr 432 verläuft durch die erste Wand 418, durch die dritte Trennwand 491, durch die erste Trennwand 438 und durch die zweite Trennwand 446. Das Austrittsrohr 432 endet innerhalb der zweiten Kammer 448. Das Austrittsrohr 432 besitzt außerdem eine Vielheit von quer verlaufenden Öffnungen 464 dergestalt, dass das Austrittsrohr 432 und die Dämpfungskammer 492 in strömungstechnischer Verbindung stehen. Es sollte gewürdigt werden, dass die Dämpfungskammer 492 bis auf die quer verlaufenden Öffnungen 464 vollständig eingeschlossen ist.
Während des Betriebs durchlaufen Abgas und Auspuffgeräusch den Auspufftopf 416, wie durch die gestrichelten Pfeile in 8 dargestellt. Genauer gesagt treten Abgas und Auspuffgeräusch durch das in die Eingangskammer 494 führende Eintrittsrohr 426 in den Auspufftopf 416 ein. Ein Teil des Gases und des Geräuschs gelangt durch die ersten Öffnungen 456 in die Zwischenkammer 454. Der andere Teil des Gases und des Geräuschs wandert durch das Umkehrrohr 496 zur Umkehrkammer 495 und weiter durch die ersten Öffnungen 456 in die Zwischenkammer 454. Wie oben diskutiert, wird das Auspuffgeräusch beim Durchgang durch das schalldämpfende Element 460 reduziert. Das Gas und das Geräusch wandern dann durch die zweiten Öffnungen 458 in die zweite Kammer 448 und in das Austrittsrohr 432. Im Wesentlichen das gesamte Abgas wird dann durch das Austrittsrohr 432 aus dem Auspufftopf 414 ausgestoßen. Ein Teil des Auspuffgeräuschs jedoch verlässt den Auspufftopf 414 durch das Austrittsrohr 432, und ein Teil des Geräuschs wandert durch die quer verlaufenden Öffnungen 464 in die Dämpfungskammer 492 zur weiteren Reduzierung durch das zweite schalldämpfende Element 461. Dementsprechend kann das Auspuffgeräusch aufgrund der Wirkungen der beiden schalldämpfenden Elemente 460 und 461 deutlich reduziert werden.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass der oben offenbarte Auspufftopf 14, 114, 214, 314, 414 das Auspuffgeräusch effektiv reduziert, indem er dafür sorgt, dass der größte Teil des Auspuffgeräuschs durch das schalldämpfende Element 60, 160, 260, 360, 460, 461 wandert. Dies kann unerwünschte niederfrequente Auspuffgeräusche und/oder stehende Wellen innerhalb der Abgasanlage 12, 112, 212, 312, 412 reduzieren.
Zusammenfassung
Ein Auspufftopf wird offenbart, der ein Gehäuse, ein Eintrittsrohr, ein Austrittsrohr, eine erste Trennwand mit ersten Öffnungen und eine zweite Trennwand mit zweiten Öffnungen besitzt. Die erste Trennwand und das Gehäuse definieren eine erste Kammer, mit der das Eintrittsrohr kommuniziert. Die zweite Trennwand und das Gehäuse definieren eine zweite Kammer, mit der das Austrittsrohr kommuniziert. Die zweite Trennwand befindet sich in einem Abstand von der ersten Trennwand, um eine Zwischenkammer zu definieren. Der Auspufftopf besitzt außerdem ein schalldämpfendes Element, das innerhalb der Zwischenkammer eingekapselt ist. Auspuffgeräusche, die durch das Eintrittsrohr in die erste Kammer eintreten, wandern durch die ersten Öffnungen in die Zwischenkammer, wandern durch die zweiten Öffnungen in die zweite Kammer und treten durch das Austrittsrohr aus. Das Auspuffgeräusch wird beim Durchlaufen des schalldämpfenden Elements reduziert.

Claims

Ein Auspufftopf der Abgasanlage eines Fahrzeugs, aufweisend: – ein Gehäuse mit einer Eingangswand und einer Ausgangswand; – erste und zweite mit Öffnungen versehene Trennwände im Inneren des Gehäuses, die mit einer der Eingangs- und Ausgangswände eine Eingangskammer definieren und mit der anderen der Eingangs- und Ausgangswände eine Ausgangskammer definieren, und eine Zwischenkammer, die zwischen der ersten und der zweiten Trennwand definiert wird; – ein schalldämpfendes Element, das sich in der Zwischenkammer befindet; – ein Eintrittsrohr, das durch die Eingangswand in das Gehäuse führt und in der Eingangskammer endet; und – ein Austrittsrohr, dessen eines Ende sich in der Ausgangskammer befindet und dessen anderes Ende durch die Ausgangswand aus dem Gehäuse führt.
Auspufftopf gemäß Anspruch 1, bei dem die Eingangskammer der Ausgangswand benachbart ist und das Eintrittsrohr von der Eingangswand durch die Ausgangskammer und die Zwischenkammer verläuft, bevor es in der Eingangskammer endet, wobei das Eintrittsrohr weiterhin Öffnungen darin besitzt, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Eintrittsrohr und der Zwischenkammer erlauben.
Auspufftopf gemäß Anspruch 2, bei dem die Ausgangskammer der Eingangswand benachbart ist und das Austrittsrohr von der Ausgangskammer durch die Zwischen- und die Eingangskammer zur Ausgangswand verläuft, wobei das Austrittsrohr weiterhin Öffnungen darin besitzt, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Zwischenkammer und dem Austrittsrohr erlauben.
Auspufftopf gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Durchströmungsrohr, das von der Eingangskammer durch die Zwischenkammer zur Ausgangskammer verläuft und an einem Ende ein Ventil mit der Aufgabe besitzt, einen offenen Bereich des einen Endes in Abhängigkeit vom Abgasströmungsdruck zu verändern.
Auspufftopf gemäß Anspruch 1, bei dem das schalldämpfende Element Rovingmaterial aufweist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 5, bei dem das Rovingmaterial Stränge aus Glasfasern aufweist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 5, bei dem das Rovingmaterial Stränge aus Basaltwolle aufweist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine dritte, massive Trennwand, die mit dem Gehäuse eine ergänzende schalldämpfende Kammer mit einem ergänzenden schalldämpfenden Element definiert, und bei dem das Austrittsrohr durch die ergänzende schalldämpfende Kammer und die Zwischenkammer verläuft, wobei das Austrittrohr Perforationen besitzt, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Austrittsrohr und der ergänzenden schalldämpfenden Kammer erlauben.
Auspufftopf gemäß Anspruch 8, bei dem das schalldämpfende Element ein Rovingmaterial mit einer ersten Dichte aufweist und das ergänzende schalldämpfende Element ein Rovingmaterial mit einer zweiten Dichte aufweist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 9, bei dem die erste Dichte niedriger als die zweite Dichte ist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 1, bei dem die Eingangskammer der Eingangswand benachbart ist und das Eintrittsrohr durch die Eingangswand verläuft und in der Eingangskammer endet.
Auspufftopf gemäß Anspruch 11, bei dem die Ausgangskammer der Ausgangswand benachbart ist.
Auspufftopf gemäß Anspruch 12, weiterhin aufweisend ein Durchströmungsrohr, das von der Eingangskammer zur Ausgangskammer verläuft und an einem Ende ein Ventil mit der Aufgabe besitzt, einen offenen Bereich des einen Endes in Abhängigkeit vom Abgasdruck zu verändern.